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2018年度国家科技进步奖提名公示表

项目名称

异形全断面隧道掘进机设计制造关键技术及应用

提名单位意见

提名者：河南省提名意见：

该项目针对异形全断面隧道掘进机设计制造关键技术，通过10余年“政产

学研用”协同攻关，在多刀盘空间构型及协调驱动、位姿测量及纠偏、多自由度柔性拼装机构与控制等领域取得重大突破与创新，成功解决异形隧道高精、高效盾构法成型难题，研制出世界首台超大断面矩形、马蹄形等系列异形掘进机。授权发明专利40项，论文61篇，获省部级一等奖3项，成果多项技术达到了国际领先水平。

项目成果具有不断路、不扰民、断面利用率高、适应狭窄空间浅覆土隧道施工的优点，已成功应用在综合管廊、城市过街通道、地铁出入口、地下停车场、山岭公路铁路双线隧道等领域的建设当中，近三年新增经济收入54.4亿元，具有显著的经济、社会及环境效益，实现了异面隧道装备的跨越式发展，提高了我国重大装备在国际市场上的竞争力，对促进城市地下空间开发具有深远的意义。

我单位认真审阅了该项目提名书及附件材料，确认全部材料真实有效，相关栏目均符合国家科学技术奖励工作办公室的填写要求。提名该项目申报2018年度国家科技进步奖二等奖。

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项目简介

随着国家公铁交通的快速发展，以及打造智慧城市、建设海绵城市、构建城市地下综合管廊等国家政策的出台，仅我国未来每年就有2000km以上异形隧道的开挖任务。本项目实施前，国内外均未突破全断面异形掘进技术，异形隧道开挖多采用传统的明挖或暗挖工法，施工效率低；部分异形隧道采用圆形盾构进行开挖，造成空间浪费，成本增加。因此，研制高效经济的异形全断面隧道掘进机势在必行。

不同于圆形盾构机，国内外尚无大断面异形全断面隧道掘进机相关设计理论。该项目历经十年产学研联合攻关，在断面开挖稳定性、掘进姿态控制、多曲率管片拼装技术领域实现重大突破，取得如下核心创新成果：

1.针对异形断面开挖及主机构造难题，设计了异形全断面隧道掘进机开挖机构，分析了开挖面流场动态特性，突破了低扰动多刀盘多驱动联合开挖技术，研制出紧凑型低扰动的多刀盘多驱动系统，实现异形断面低扰动开挖。

2.针对异形掘进机的姿态控制难题，设计了异形掘进机导向系统，构建了异形掘进机的多点联动纠偏机构，提出了异形掘进机姿态纠偏控制策略；研究了双螺旋输送机协同出渣的土压自适应平衡技术，实现土仓压力的精准控制，满足异形隧道高精度掘进。

3．针对变曲率异形管片拼装的难题，构建了异形管片拼装机构的多体动力学模型，设计了多自由度异形管片拼装机构，开发了适应重载大惯量管片的电液柔性控制系统，实现了狭窄空间内异形管片复杂轨迹高精度、高效率拼装。

该成果授权发明专利40项，发表论文61篇，获省部级一等奖3项、中国好设计金奖、新加坡工程与建筑类施工管理金奖。中国机械工程学会成果鉴定委员会认定：“该成果填补了国内外异形掘进机技术空白，整体技术达到国际先进水平，多项创新技术达到国际领先水平”。该成果已孵化出世界首台超大断面矩形盾构顶管机、世界首台马蹄形盾构机等，先后在众多工程中得到成功应用，并成功出口新加坡等国家，近三年新增经济收入54.4亿元、新增利税9.13亿元。

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客观评价

客观评价

（一）鉴定及验收专家意见

1、2016年中国机械工程学会组织专家鉴定会，意见为：“该异形全断面隧道掘进机关键技术的研究及技术成果应用，填补了国内外马蹄形全断面隧道掘进机

技术领域的空白，整体技术达到国际先进水平，其中在马蹄形盾构机整体技术、

多刀盘多驱动联合开挖技术、7自由度异形管片拼装技术方面达到国际领先水平。”

2、河南省重大科技专项验收意见：“该项目完成了超大断面矩形盾壳结构强度与刚度、多组驱动的系统同步性、控制系统集成技术、微扰动掘进技术及施工工艺等方面的研究任务，研制出的同期世界最大断面的矩形盾构顶管机在郑州市下穿中州大道隧道工程施工中得到成功应用，对国内城市下穿主干道、地铁过街

通道等工程建设起到示范作用”。

（二）权威机构检测报告结论

1、2014年国家矿山机械质量监督检验中心检测报告（ZJ201405005）“超大

断面矩形盾构顶管机”：从开挖尺寸、刀盘数量、刀盘扭矩、刀盘转速、驱动功率、顶推能力、顶推速度、纠偏能力等13方面，对本项目超大断面矩形盾构顶管机进行了多项参数指标的检测，检测结果均符合测试大纲要求。

2、国家矿山机械质量监督检验中心检测报告（ZJL201612003）“超大断面马蹄形盾构机”：从掘进机外形尺寸、刀盘扭矩、刀盘转速、驱动功率、螺旋输送机能力、推进速度、导向精度等16方面进行了多项参数指标的检测，检测结果均符合测试大纲